在线铁磁性管道缺陷信号采集系统的研究

　　1　数据采集及预处理

　　1.1　缺陷信号采集精度的影响因素

　　在缺陷信号采集过程中有多方面的因素制约采集精度的提高,如里程轮的定位误差、机构运行速度、输油管道内的压力状况及由压力状况和输油管道的材质所引起的管道导磁率的分布情况、由于信号采集现场环境的不确定性导致的信号强弱差别等,要想克服或者减弱这些制约因素,就必须对采集系统进行改进。

　　1.2　里程数据采集

　　里程信号是判断缺陷位置的依据,由爬行机构的里程轮提供。爬行机构在介质推动下在管内行走,由于部分管壁比较光滑,或者有异物都会导致里程轮的里程误差。虽然这种误差较小,但由于设备一次检测的管道距离长,里程误差被累加后变得可观,因此有必要每隔一段距离对里程轮进行一次重定位,以消除累计误差。检测设备在管道行进过程中,传感器会采集到一串连续的饱和脉冲,称之为法兰信号,它是检测设备从一根管道进入另一根管道的标志。我们可利用法兰信号来使里程轮重定位。每定位一次,里程计数器加1,里程计数器的计数称为管道的法兰号,它用来标志被检测管道的管号。法兰号和此时的里程数以表的形式存储,同时里程数清零,重新开始计数。管道中的缺陷位置由法兰号和里程数共同确定,消除了累计误差,提高了采集系统的定位精度。

　　1.3　缺陷信号采集及处理

　　1.3.1　主要器件

　　本系统在缺陷信号采集部分采用了MicroChip公司生产的可编程增益放大器MCP6S28,这款PGA通过将放大器、MUX和通过SPI总线选择增益控制器集成在一起,有效提高了系统的数字模拟控制能力。由于PGA不需要反馈和输入电阻器,可大幅减少成本并节省板空间。MCP6S28具有8通道输入,具有8级增益可调,即1 V/V、2 V/V、4 V/V、5 V/V、8 V/V、10 V/V、16 V/V以及32 V/V,相对应的放大器带宽为2 MHz～12 MHz,操作电压从5.5 V～2.5 V,其工作温度范围为摄氏零下40度到零上125度,低噪音10 nV/rtHz,低偏置电压为275 uV,TDH+N为百分之0.0012,稳定时间为200 ns。采用16管脚PDIP、SOIC和TSSOP封装。由于可以在SPI总线上对系统进行编程以有效控制增益和选择输入信道,使得设计有了很大的灵活性。

　　由于本系统的运行需要由电池供电,对器件的吸收电流提出了更高的要求。MCP6S28当运算放大器的增益为1V/V、-3dB带宽为12 MHz时,它吸收的电源电流典型数值是1.1 mA,在增益带宽乘积增大时,电源电流仍然维持在这个数量级,大大的优于普通的运算放大器。在MCP6S28中还可以在信号采集较平稳阶段使用“shutdown”命令进一步降低它吸收的电流,通常可以把电源电流减少到一微安加上它的自补偿功能,非常适用于本系统。图1为MCP6S28的内部结构及封装形式,图2为其管脚描述。